Конструкция и расчет компрессора с газостатическим центрированием поршня и псевдопористыми питателями

• Автор: Ивахненко, Тарас Алексеевич
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 119 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
Е Конструкции ПКГЦП и методы их расчета
ЕЕ Экономичность конструкций ПКГЦП
Е Е Е Анализ способов снижения расхода газа на
центрирование поршня
1.1.2. Анализ регуляторов расхода газовых опор
1.2. Конструкции ПКГЦП с псевдопористыми питателями
1.3. Анализ методов расчета ПКГЦП
1.4. Основные выводы, цели и задачи исследования
2. Методика расчета характеристик компрессора с газостатическим центрированием поршня и псевдопористыми питателями газового подвеса
2.1. Расчет боковых нагрузок, действующих на поршень
2.1.1. Силовое воздействие на поршень
2.1.2. Расчет газовых сил
2.1.3. Расчет сил инерции
2.1.4. Определение прогноза утечек сжимаемого газа
2.1.5. Расчет жесткости несущего газового слоя
2.1.6. Определение эффективности работы компрессора
2.2. Уточненная методика расчета характеристик компрессора
2.2.1. Методика расчета расхода газа через газораспределительные органы
2.3. Расчет высоты щели псевдопористого питателя
2.3.1. Характеристики микрогеометрии поверхностного слоя
2.3.2. Фактическая площадь и зазор контакта
2.3.3. Результаты, получаемые при математическом моделировании
2.4. Основные выводы
3. Экспериментальное исследование псевдопористых
питателей ГСП
3.1. Методы создания шероховатых поверхностей
3.2. Экспериментальная установка для исследования расходных характеристик псевдопористых питателей
3.2.1. Требования, предъявляемые к установке
3.2.2. Конструкция экспериментальной установки
3.2.3. Погрешности измерений
3.2.4. Особенности проведения экспериментов:
3.2.4.1. Особенности проведения экспериментов при
создании шероховатых поверхностей лазерным лучом
3.3. Экспериментальное определение зазора между шероховатыми поверхностями
3.3.1. Определение равномерности истечения газа из щели между контактирующими поверхностями
3.3.2. Экспериментальное определение зазора
шероховатой щели
3.4. Подтверждение адекватности математической модели
3.5. Основные выводы
4. Параметрический анализ характеристик ПКГЦП с щелевыми псевдопористыми питателям
4.1. Определение переменных, постановка задачи анализа
4.1.1. Постановка задачи параметрического анализа
4.1.2. Определение внешних условий и граничных значений независимых переменных
4.1.3. Определение граничных условий и констант
4.1.4. Присвоение числовых значений переменным
4.2. Выявление зависимости между переменными
4.2.1. Компрессор с диаметром цилиндра 20 мм
4.2.2. Компрессор с диаметром цилиндра 40 мм
4.3. Влияние отклонений зазора ГСП на характеристики компрессора
4.4. Перспективы развития конструкции ПКГЦП с псевдопористыми питателями
4.5. Основные выводы
5. Общие выводы по работе
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ОС - коэффициент теплоотдачи, температурный коэффициент линейного расширения, коэффициент расхода;
А - амплитуда колебаний оси цилиндра;
- расстояние между осью цилиндра и осью крейцкопфа;
А\ - номинальная площадь контакта; Аф - фактическая площадь контакта;
V - удельный объем;
V - объем;
V], - объем, описанный поршнем за 1 ход;
Ум - мертвый объем цилиндра;
Уи - объем нагнетаемого газа;
Ув - объем всасываемого газа;
Уиог ~ объем полости поршня, полости питания ГСП;
IV - реакция ГСП (несущая способность ГСП);
- усилие, действующее на .ртое поршневое кольцо в направлении контакта;
£ - ускорение свободного падения;
Сп - вес поршня;
с1 - диаметр дроссельного отверстия ГСП;
с1кл - диаметр проходного отверстия клапана;
Лц - диаметр цилиндра;
5- радиальный зазор в ГСП; е - эксцентриситет положения поршня в цилиндре; е - степень повышения давления, £ = Р/Р к;
£п - относительный эксцентриситет, £п
у/ - начальная фаза колебаний;
- энтальпия, обозначение момента времени (в качестве подстрочного индекса);
К - показатель адиабаты;
Кз - коэффициент заполнения конструкции поршня;
/ - расстояние от продольной оси симметрии то торцов ГСП:
1 - расстояние от продольной оси симметрии до линий наддува ГСП;
/п - расстояние от линии наддува до торца ГСП;
/у - длина уплотняющей части поршня;;
Ь - механическая работа;
Ьу - работа, потерянная с утечками через уплотнение
Руд - удельная (на 1 кг) механическая работа;
Ьт - работа изотермического процесса;
Хп - работа, затраченная на питание ГСП;
Л - коэффициент теплопроводности;
Лу - коэффициент подачи;
Лг - отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
О - количество теплоты;
(2к - объемная производительность компрессора;
М - массовая производительность, масса рабочего тела;
Мк - массовая производительность компрессора;
М\ - массовый расход газа на питание ГСП;
4/пор - масса поршня;
Му - масса утечек;
// - динамическая вязкость;
СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Амплитуда колебаний, передаваемых компрессору извне, совпадает с направлением оси у (наихудший случай). В точке О сосредоточена приведенная масса поршня Мп£ (с учетом массы шатуна или штока).
На поршень действует сила от перепада давления в цилиндре (Р - Рк)-8п.= = /ч Другие принятые обозначения: С = - вес поршня (сила тяжести), g
ускорение свободного падения; /ццт - реакция штока, /‘цщх) и /‘штог соответственно проекции реакции штока на оси х и у; IV = Сп 'У - реакция газостатического подвеса (его несущая способность), Сп - его жесткость, у - смещение оси поршня относительно оси у (абсолютное значение эксцентриситета е); Гии -суммарная сила инерции, со - круговая частота поперечных колебаний цилиндра вдоль оси у.
В общем случае поршень, приводимый в движение шатуном или штоком, совершает возвратно-поступательное движение вдоль оси д-, изменяя объем полости сжатия, что приводит к попеременному всасыванию рабочего тела, его сжатию и вытеснению потребителю. При этом на поршне создается перепад давления переменной величины, определяющий силу которая действует вдоль оси д: на шатун (шток) в точке О шарнирного крепления к телу поршня. Кроме того, в точке О на шток действует сила веса (7/7 (перпендикулярно горизонту), сила реакции газового подвеса У (вдоль оси_у) и суммарная сила инерции 7ц|н возвратно-поступательного движения поршня (вдоль оси дс) и колебательного движения (вдоль оси _у) в пределах зазора ЦПГ под действием вынуждающих сил с круговой частотой СО.
Считая моменты сил давления в зазоре ГСП относительно точки О пренебрежимо малыми (идеально симметричный ГСП), можно рассматривать движение поршня (при неподвижном цилиндре) в условиях осевой симметрии как движе-
Рис. 2.1. Обобщенная схема нагружения
поршня с газовым подвесом